專利名稱：正交正、余弦軸角編碼器信號(hào)檢測(cè)和轉(zhuǎn)換電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種正交正、余弦軸角編碼器信號(hào)檢測(cè)和轉(zhuǎn)換電路，屬于伺服電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
伺服系統(tǒng)又稱為隨動(dòng)系統(tǒng)，需要實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子以及轉(zhuǎn)子和定子的相對(duì)位置及其變化，轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)精度決定了伺服電動(dòng)機(jī)控制性能。近年來(lái)，正、余弦波信號(hào)編碼器以其成本相對(duì)低廉且能取得高精度的速度和位置檢測(cè)精度的優(yōu)勢(shì)在高精度伺服系統(tǒng)的應(yīng)用逐漸增多。通常情況下，該類編碼器的信號(hào)通過(guò)光學(xué)狹縫或采用霍爾磁元件得到，其原始信號(hào)是轉(zhuǎn)子角位置的正、余弦函數(shù)，正、余弦之間相位差90度，通過(guò)使用脈沖計(jì)數(shù)器測(cè)量正弦或余弦波數(shù)量得到角度值，但是電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈只能獲得和正弦波波數(shù)相等的脈沖數(shù)，因而檢測(cè)精度較低。為提高正弦信號(hào)編碼器的速度和位置檢測(cè)精度，使其適合應(yīng)用于高性能伺服系統(tǒng)，許多檢測(cè)和轉(zhuǎn)換電路和方法得以應(yīng)用，但一般以DSP、FPGA為控制核心，外圍還需配置較大存儲(chǔ)單元，硬件成本高，計(jì)算量大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種適用于伺服系統(tǒng)、價(jià)格低廉、性價(jià)比高、檢測(cè)和轉(zhuǎn)換速度快、精度高的正交正、余弦軸角編碼器信號(hào)檢測(cè)和轉(zhuǎn)換電路。本發(fā)明的正交正、余弦軸角編碼器信號(hào)檢測(cè)和轉(zhuǎn)換電路，包括單片機(jī)模塊、區(qū)間判別電路和編碼器；區(qū)間判別電路由正弦信號(hào)區(qū)間判別電路和余弦信號(hào)區(qū)間判別電路組成，編碼器輸出的正弦信號(hào)分別與單片機(jī)模塊的第一輸入輸出I/o 口和正弦信號(hào)區(qū)間判別電路的信號(hào)輸入端相連，編碼器輸出的余弦信號(hào)分別與單片機(jī)模塊的第二輸入輸出I/o 口和余弦信號(hào)區(qū)間判別電路的信號(hào)輸入端相連；正弦信號(hào)區(qū)間判別電路輸出的區(qū)間信號(hào)與單片機(jī)模塊的第三輸入輸出I/o 口相連，余弦信號(hào)區(qū)間判別電路輸出的區(qū)間信號(hào)與單片機(jī)模塊的第四輸入輸出I/o 口相連，單片機(jī)模塊的第五輸入輸出I/O 口為正交脈沖列的輸出端;上述的正弦信號(hào)區(qū)間判別電路包括第一運(yùn)算放大芯片、第一電壓比較芯片及相應(yīng)的外圍元件；第一運(yùn)算放大芯片的2腳與電阻R1、電阻R2和電阻RlOl的一端共連，第一運(yùn)算放大芯片的3腳與電阻R3的一端相連，電阻R3的另一端與電容Cl的一端相連并接地，電容Cl的另一端與電阻Rl的另一端相連，該連接點(diǎn)為正弦信號(hào)區(qū)間判別電路的信號(hào)輸入端；電阻RlOl的另一端連接直流偏置電壓VB，電阻R2另一端與第一運(yùn)算放大芯片的I腳以及二極管Dl的正極、二極管D2的負(fù)極、電阻R7的一端、電阻R14和電阻R9的一端共相連，第一運(yùn)算放大芯片的4、11腳分別連至+15V、-15V電壓，二極管Dl的負(fù)極與電阻R8的一端和直流電壓VCC相連，二極管D2的正極和地相連，電阻R8的另一端與電阻R12的一端及第一電壓比較芯片的7腳相連，電阻R12的另一端與電阻Rll的一端及第一電壓比較芯片的5腳相連，電阻Rll的另一端與電阻R13的一端及第一電壓比較芯片的9腳相連，電阻R13、的另一端和地相連，電阻R7的另一端與第一電壓比較芯片的6腳和電阻R4的一端相連，電阻R4的另一端與二極管D3的正極相連，二極管D3的負(fù)極與第一電壓比較芯片的I腳、電阻R5的一端及電阻R6的一端相連，電阻R5的另一端連至+15V電壓，電阻R6的另一端與二極管D5的正極及二極管D4的負(fù)極相連，該連接點(diǎn)與單片機(jī)模塊的第三輸入輸出I/O 口相連；電阻R9的另一端與第一電壓比較芯片的4腳和電阻R15的一端相連，電阻R15的另一端與二極管D6的正極相連，二極管D6的負(fù)極與第一電壓比較芯片的2腳、電阻R16的一端及電阻R17的一端相連，電阻R16的另一端連至+15V電壓，電阻R17的另一端與二極管D7的正極及二極管D8的負(fù)極相連，該連接點(diǎn)與單片機(jī)模塊的第三輸入輸出I/O 口相連；電阻R14的另一端與第 一電壓比較芯片的8腳和電阻RlO的一端相連，電阻RlO的另一端與二極管D9的正極相連，二極管D9的負(fù)極與第一電壓比較芯片的14腳、電阻R18的一端及電阻R19的一端相連，電阻R18的另一端連至+15V電壓，電阻R19的另一端與二極管DlO的正極及二極管Dll的負(fù)極相連，該連接點(diǎn)與單片機(jī)模塊的第三輸入輸出I/O 口相連；第一電壓比較芯片的3、12腳分別連至+15V、-15V電壓；上述的余弦信號(hào)區(qū)間判別電路包括第二運(yùn)算放大芯片、第二電壓比較芯片及相應(yīng)的外圍元件；第二運(yùn)算放大芯片的2腳與電阻Rl'、電阻R2'和電阻RlOl'的一端共連，第二運(yùn)算放大芯片的3腳與電阻R3'的一端相連，電阻R3'的另一端與電容Cl'的一端相連并接地，電容Cl'的另一端與電阻Rl'的另一端相連，該連接點(diǎn)為余弦信號(hào)區(qū)間判別電路的信號(hào)輸入端；電阻RlOl'的另一端連接直流偏置電壓VB，電阻R2'另一端與第二運(yùn)算放大芯片的I腳以及二極管Dl'的正極、二極管D2'的負(fù)極、電阻R7'的一端、電阻R14'和電阻R9 '的一端共相連，第二運(yùn)算放大芯片的4、11腳分別連至+15V、-15V電壓，二極管Dl'的負(fù)極與電阻R8'的一端和直流電壓VCC相連，二極管D2'的正極和地相連，電阻R8'的另一端與電阻R12'的一端及第二電壓比較芯片的7腳相連，電阻R12'的另一端與電阻Rll'的一端及第二電壓比較芯片的5腳相連，電阻Rll'的另一端與電阻R13'的一端及第二電壓比較芯片的9腳相連，電阻R13'的另一端和地相連，電阻R7'的另一端與第二電壓比較芯片的6腳和電阻R4'的一端相連，電阻R4'的另一端與二極管D3'的正極相連，二極管D3'的負(fù)極與第二電壓比較芯片的I腳、電阻R5'的一端及電阻R6'的一端相連，電阻R5'的另一端連至+15V電壓，電阻R6'的另一端與二極管D5'的正極及二極管D4'的負(fù)極相連，該連接點(diǎn)與單片機(jī)模塊的第四輸入輸出I/O 口相連；電阻R9'的另一端與第二電壓比較芯片的4腳和電阻R15'的一端相連，電阻R15'的另一端與二極管D6'的正極相連，二極管D6'的負(fù)極與第二電壓比較芯片的2腳、電阻R16'的一端及電阻R17'的一端相連，電阻R16'的另一端連至+15V電壓，電阻R17'的另一端與二極管D7'的正極及二極管D8'的負(fù)極相連，該連接點(diǎn)與單片機(jī)模塊的第四輸入輸出I/O 口相連；電阻R14'的另一端與第二電壓比較芯片的8腳和電阻RlO'的一端相連，電阻RlO'的另一端與二極管D9'的正極相連，二極管D9'的負(fù)極與第二電壓比較芯片的14腳、電阻R18'的一端及電阻R19'的一端相連，電阻R18'的另一端連至+15V電壓，電阻R19'的另一端與二極管DlO'的正極及二極管Dll'的負(fù)極相連，該連接點(diǎn)與單片機(jī)模塊的第四輸入輸出I/O 口相連；第二電壓比較芯片的3、12腳分別連至+15￥、-15￥電壓。本發(fā)明中的區(qū)間判別電路是將正、余弦波信號(hào)放大和調(diào)整后，按每個(gè)區(qū)間的角度寬度n/4將每個(gè)正、余弦波周期
分為8個(gè)區(qū)間，并輸出可用于判別區(qū)間的高低電平信號(hào)。單片機(jī)模塊將寬度為η/4的區(qū)間分為N等分(N是一個(gè)正整數(shù)，每個(gè)等分為一個(gè)方波脈沖信號(hào)周期)，再根據(jù)編碼器的信號(hào)幅值和區(qū)間判別電路輸出的信號(hào)，計(jì)算相應(yīng)的角度值。如果計(jì)算出來(lái)的角度值位于方波脈沖信號(hào)周期前半部分，則輸出高電平，相反后位于半周期則輸出低電平，從而形成和正、余弦信號(hào)相對(duì)應(yīng)的脈沖列。角度的計(jì)算采用在誤差允許范圍內(nèi)的直線線性函數(shù)近似法。本發(fā)明有益效果在于
本發(fā)明的正交正、余弦軸角編碼器信號(hào)檢測(cè)和轉(zhuǎn)換電路硬件成本低，占用計(jì)算資源少，檢測(cè)和轉(zhuǎn)換速度快、精度高，可以方便用于估算帶正、余弦軸角編碼器的電機(jī)轉(zhuǎn)子的運(yùn)行位置，旋轉(zhuǎn)方向和運(yùn)動(dòng)速度，適用于絕大多數(shù)的伺服系統(tǒng)。特別適用于對(duì)速度精度檢測(cè)要求較高的伺服系統(tǒng)，如高精度數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)伺服進(jìn)給系統(tǒng)、雷達(dá)天線自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)、光電精密跟蹤系統(tǒng)、低速伺服系統(tǒng)等。


圖I是正交正、余弦軸角編碼器信號(hào)檢測(cè)和轉(zhuǎn)換電路的構(gòu)成示意圖。圖2是正弦信號(hào)區(qū)間判別電路圖。圖3是余弦信號(hào)區(qū)間判別電路圖。圖4單片機(jī)模塊圖。圖5正、余弦函數(shù)對(duì)應(yīng)區(qū)間分布圖。圖6正交脈沖列A、B輸出示意圖，其中a)圖為脈沖列A，b)圖為脈沖列B。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)例和附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方法和原理進(jìn)一步說(shuō)明。參照?qǐng)D1，本發(fā)明的正交正、余弦軸角編碼器信號(hào)檢測(cè)和轉(zhuǎn)換電路包括單片機(jī)模塊I、區(qū)間判別電路2和編碼器3 ;區(qū)間判別電路2由正弦信號(hào)區(qū)間判別電路2-1和余弦信號(hào)區(qū)間判別電路2-2組成，編碼器3輸出的正弦信號(hào)Yl分別與單片機(jī)模塊I的第一輸入輸出I/O 口和正弦信號(hào)區(qū)間判別電路2-1的信號(hào)輸入端相連，編碼器3輸出的余弦信號(hào)Y2分別與單片機(jī)模塊I的第二輸入輸出I/O 口和余弦信號(hào)區(qū)間判別電路2-2的信號(hào)輸入端相連；正弦信號(hào)區(qū)間判別電路2-1輸出的區(qū)間信號(hào)與單片機(jī)模塊I的第三輸入輸出I/O 口相連，余弦信號(hào)區(qū)間判別電路2-2輸出的區(qū)間信號(hào)與單片機(jī)模塊I的第四輸入輸出I/O 口相連，單片機(jī)模塊I的第五輸入輸出I/o 口為正交脈沖列A、B的輸出端。單片機(jī)模塊采用Cygnal公司的C8051F330/1單片機(jī)(見(jiàn)圖4)，該單片機(jī)具有17個(gè)輸入/輸出I/O管腳，每個(gè)管腳可以被配置為模擬或數(shù)字輸入/輸出I/o 口，I個(gè)16位計(jì)數(shù)器，I個(gè)10位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC。本實(shí)例中第一輸入輸出I/O 口由單片機(jī)的Pl. 7管腳組成；第二輸入輸出I/O 口由單片機(jī)的Pl. 6管腳組成；第三輸入輸出I/O 口由單片機(jī)的Pl. O、Pl. 1、P1.2管腳組成；第四輸入輸出I/O 口由單片機(jī)的P1.3、P1.4、P1.5管腳組成；第五輸入輸出I/O 口由單片機(jī)的PO. 4、PO. 5管腳組成。正弦信號(hào)區(qū)間判別電路如圖2所示，包括第一運(yùn)算放大芯片U1、第一電壓比較芯片U2及相應(yīng)的外圍元件；第一運(yùn)算放大芯片Ul的2腳與電阻Rl、電阻R2和電阻RlOl的一端共連，第一運(yùn)算放大芯片Ul的3腳與電阻R3的一端相連，電阻R3的另一端與電容Cl的一端相連并接地，電容Cl的另一端與電阻Rl的另一端相連，該連接點(diǎn)為正弦信號(hào)區(qū)間判別電路的信號(hào)輸入端；電阻RlOl的另一端連接直流偏置電壓VB，電阻R2另一端與第一運(yùn)算放大芯片Ul的I腳以及二極管Dl的正極、二極管D2的負(fù)極、電阻R7的一端、電阻R14和電阻R9的一端共相連，第一運(yùn)算放大芯片Ul的4、11腳分別連至+15V、-15V電壓，二極管Dl的負(fù)極與電阻R8的一端和直流電壓VCC相連，二極管D2的正極和地相連，電阻R8的另一端與電阻R12的一端及第一電壓比較芯片U2的7腳相連，電阻R12的另一端與電阻Rll的一端及第一電壓比較芯片U2的5腳相連，電阻Rll的另一端與電阻R13的一端及第一電壓比較芯片U2的9腳相連，電阻R13的另一端和地相連，電阻R7的另一端與第一電壓比較芯片U2的6腳和電阻R4的一端相連，電阻R4的另一端與二極管D3的正極相連，二極管D3的負(fù)極與第一電壓比較芯片U2的I腳、電阻R5的一端及電阻R6的一端相連，電阻R5的另一端連至+15V電壓，電阻R6的另一端與二極管D5的正極及二極管D4的負(fù)極相連，該連接點(diǎn)SI與單片機(jī)模塊的第三輸入輸出I/O 口相連；電阻R9的另一端與第一電壓比較芯片U2的4腳和電阻R15的一端相連，電阻R15的另一端與二極管D6的正極相連，二極管D6的負(fù)極與第一電壓比較芯片U2的2腳、電阻R16的一端及電阻R17的一端相連，電阻R16的另一端連至+15V電壓，電阻R17的另一端與二極管D7的正極及二極管D8的負(fù)極相連，該連接點(diǎn)S2與單片機(jī)模塊的第三輸入輸出I/O 口相連；電阻R14的另一端與第一電壓比較芯片U2的8腳和電阻RlO的一端相連，電阻RlO的另一端與二極管D9的正極相連，二極管D9的負(fù)極與第一電壓比較芯片U2的14腳、電阻R18的一端及電阻R19的一端相連，電阻R18的另一端連至+15V電壓，電阻R19的另一端與二極管DlO的正極及二極管Dll的負(fù)極相連，該連接點(diǎn)S3與單片機(jī)模塊的第三輸入輸出I/O 口相連；第一電壓比較芯片U2的3、12腳分別連至+15V、-15V電壓余弦信號(hào)區(qū)間判別電路如圖3所示，包括第二運(yùn)算放大芯片Ul'、第二電壓比較芯片U2'及相應(yīng)的外圍元件；第二運(yùn)算放大芯片Ul'的2腳與電阻Rl'、電阻R2'和電阻Rior的一端共連，第二運(yùn)算放大芯片Ul'的3腳與電阻R3'的一端相連，電阻R3'的另一端與電容Cl'的一端相連并接地，電容Cl'的另一端與電阻Rl'的另一端相連，該連接點(diǎn)為余弦信號(hào)區(qū)間判別電路的信號(hào)輸入端；電阻RlOl'的另一端連接直流偏置電壓VB，電阻R2'另一端與第二運(yùn)算放大芯片Ul'的I腳以及二極管Dl'的正極、二極管D2'的負(fù)極、電阻R7'的一端、電阻R14'和電阻R9'的一端共相連，第二運(yùn)算放大芯片Ul'的4、11腳分別連至+15V、-15V電壓，二極管Dl'的負(fù)極與電阻R8'的一端和直流電壓VCC相連，二極管D2'的正極和地相連，電阻R8'的另一端與電阻R12'的一端及第二電壓比較芯片U2'的7腳相連，電阻R12'的另一端與電阻Rll'的一端及第二電壓比較芯片U2'的5腳相連，電阻Rll'的另一端與電阻R13'的一端及第二電壓比較芯片U2'的9腳相連，電阻R13'的另一端和地相連，電阻R7'的另一端與第二電壓比較芯片U2'的6腳和電阻R4'的一端相連，電阻R4'的另一端與二極管D3'的正極相連，二極管D3'的負(fù)極與第二電壓比較芯片U2'的I腳、電阻R5'的一端及電阻R6'的一端相連，電阻R5'的另一端連至+15V電壓，電阻R6'的另一端與二極管D5'的正極及二極管D4'的負(fù)極相連，該連接點(diǎn)SI'與單片機(jī)模塊的第四輸入輸出I/O 口相連；電阻R9'的另一端與第二電壓比較芯片U2/的4腳和電阻R15'的一端相連，電阻R15'的另一端與二極管D6'的正極相連，二極管D6'的負(fù)極與第二電壓比較芯片U2'的2腳、電阻R16'的一端及電阻R17'的一端相連，電阻R16'的另一端連至+15V電壓，電阻R17'的另一端與二極管D7'的正極及二極管D8'的負(fù)極相連，該連接點(diǎn)S2'與單片機(jī)模塊的第四輸入輸出I/O 口相連；電阻R14'的另一端與第二電壓比較芯片U2'的8腳和電阻RlO'的一端相連，電阻RlO'的另一端與二極管D9'的正極相連，二極管D9'的負(fù)極與第二電壓比較芯片U2'的14腳、電阻R18'的一端及電阻R19'的一端相連，電阻R18'的另一端連至+15V電壓，電阻R19'的另一端與二極管DlO'的正極及二極管Dll'的負(fù)極相連，該連接點(diǎn)S3'與單片機(jī)模塊的第四輸入輸出I/O 口相連；第二電壓比較芯片U2'的3、12腳分別連至+15V、-15V電壓。
正弦信號(hào)區(qū)間判別電路中的第一運(yùn)算放大芯片和余弦信號(hào)區(qū)間判別電路中的第二運(yùn)算放大芯片均采用TL084芯片，正弦信號(hào)區(qū)間判別電路中的第一電壓比較芯片和余弦信號(hào)區(qū)間判別電路中的第二電壓比較芯片均采用LM339芯片，正/余弦信號(hào)區(qū)間判別電路的電壓閥值由電阻分壓得到，電路中的二極管起限幅和保護(hù)作用。區(qū)間判別電路根據(jù)正、余弦信號(hào)幅值的大小輸出高低電平組合信號(hào)，并輸入單片機(jī)。區(qū)間判別電路工作原理(參見(jiàn)表I):每個(gè)正、余弦波周期
可分為8個(gè)區(qū)間(如圖5所示)，每個(gè)區(qū)間的寬度為π/4。表I中第1-4行為正、余弦信號(hào)y1; 72值與區(qū)間號(hào)及角度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。編碼器輸出的正交正、余弦信號(hào)值經(jīng)運(yùn)算電路后調(diào)整為Y1=(VCC/2) sin Θ +VCC/2和Y2 = (VCC/2) cos Θ +VCC/2。電壓比較芯片的閥值分別設(shè)為
0.5(V2/2 + l)VCC> 0.5* VCC > 0.5(-^/2 + 1)￥(^對(duì)應(yīng)圖2中為&、13、。三點(diǎn)和圖3中為a'、b'、c'三點(diǎn)，(其中a為電阻R8、與電阻R12及第一電壓比較芯片U2的7腳連接點(diǎn)，b為電阻Rll與電阻R12及第一電壓比較芯片U2的5腳連接點(diǎn)，c為電阻Rll與電阻R13及第一電壓比較芯片U2的9腳連接點(diǎn)；a'為電阻R8'與電阻R12'及第二電壓比較芯片U2'的7腳連接點(diǎn)，b'為電阻Rll'與電阻R12'及第二電壓比較芯片U2'的5腳連接點(diǎn)，c'為電阻Rll'與電阻R13'及第二電壓比較芯片U2'的9腳連接點(diǎn))。a、b、c三點(diǎn)對(duì)應(yīng)表I中yi的數(shù)值分別為^/2、I、-V2/2,a/、b'、c'三點(diǎn)對(duì)應(yīng)表1中％的數(shù)值分別為λ/^72、I、-λ/^/2，當(dāng)信號(hào)值超過(guò)閥值時(shí)，所對(duì)應(yīng)的電壓比較芯片輸出低電平，信號(hào)值不超過(guò)閥值時(shí)，電壓比較芯片輸出高電平。表I第5、第6行為區(qū)間判別電路輸出電平與區(qū)間號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，表中“I”表示高電平，“O”表示低電平。表I區(qū)間判別電路原理
區(qū)間I2345678
Γ#. π ,π π Γπ 3π、 Γ3π , 5πΠ π 3π,7πΠ 1π ^ 、
角度
[ τ) [ιρπ] (π’τ](τ-τ] (τ’2π)
Yi [O,字]φ](字,1] [O, [-^,0) [—I,—字)(―I,—警](―字,。) Y2 [.，1] [O，字) [-#。)[-1-^) [-1’-譬)(-專 M (O，字] (辱，I)
S1/S2./S3 1/0/0 0/0/00/0/01/0/01/1/01/1/11/1/1 1/1/0
Sr /82^ /S3' 0/0/0 1/0/01/1/01/1/11/1/11/1/01/0/00/0/0
單片機(jī)模塊工作原理如下電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，編碼器輸出正交正、余弦信號(hào)，單片機(jī)C8051F330/1中A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，將采樣到信號(hào)函數(shù)值
權(quán)利要求
1.正交正、余弦軸角編碼器信號(hào)檢測(cè)和轉(zhuǎn)換電路，其特征在于包括單片機(jī)模塊(I)、區(qū)間判別電路⑵和編碼器⑶；區(qū)間判別電路⑵由正弦信號(hào)區(qū)間判別電路(2-1)和余弦信號(hào)區(qū)間判別電路(2-2)組成，編碼器(3)輸出的正弦信號(hào)(Yl)分別與單片機(jī)模塊(I)的第一輸入輸出I/o 口和正弦信號(hào)區(qū)間判別電路(2-1)的信號(hào)輸入端相連,編碼器(3)輸出的余弦信號(hào)(Y2)分別與單片機(jī)模塊⑴的第二輸入輸出I/O 口和余弦信號(hào)區(qū)間判別電路(2-2)的信號(hào)輸入端相連；正弦信號(hào)區(qū)間判別電路(2-1)輸出的區(qū)間信號(hào)與單片機(jī)模塊(I)的第三輸入輸出I/O 口相連，余弦信號(hào)區(qū)間判別電路(2-2)輸出的區(qū)間信號(hào)與單片機(jī)模塊⑴的第四輸入輸出I/o 口相連，單片機(jī)模塊⑴的第五輸入輸出I/O 口為正交脈沖列(A)、(B)的輸出端； 上述的正弦信號(hào)區(qū)間判別電路包括第一運(yùn)算放大芯片(U1)、第一電壓比較芯片(U2)及相應(yīng)的外圍元件；第一運(yùn)算放大芯片(Ul)的2腳與電阻R1、電阻R2和電阻RlOl的一端共連，第一運(yùn)算放大芯片(Ul)的3腳與電阻R3的一端相連，電阻R3的另一端與電容Cl的一端相連并接地，電容Cl的另一端與電阻Rl的另一端相連，該連接點(diǎn)為正弦信號(hào)區(qū)間判別電路的信號(hào)輸入端；電阻RlOl的另一端連接直流偏置電壓VB，電阻R2另一端與第一運(yùn)算放大芯片(Ul)的I腳以及二極管Dl的正極、二極管D2的負(fù)極、電阻R7的一端、電阻R14和電阻R9的一端共相連，第一運(yùn)算放大芯片(Ul)的4、11腳分別連至+15V、-15V電壓，二極管Dl的負(fù)極與電阻R8的一端和直流電壓VCC相連，二極管D2的正極和地相連，電阻R8的另一端與電阻R12的一端及第一電壓比較芯片(U2)的7腳相連，電阻R12的另一端與電阻Rll的一端及第一電壓比較芯片(U2)的5腳相連，電阻Rll的另一端與電阻R13的一端及第一電壓比較芯片(U2)的9腳相連，電阻R13的另一端和地相連，電阻R7的另一端與第一電壓比較芯片(U2)的6腳和電阻R4的一端相連，電阻R4的另一端與二極管D3的正極相連，二極管D3的負(fù)極與第一電壓比較芯片(U2)的I腳、電阻R5的一端及電阻R6的一端相連，電阻R5的另一端連至+15V電壓，電阻R6的另一端與二極管D5的正極及二極管D4的負(fù)極相連，該連接點(diǎn)(SI)與單片機(jī)模塊(I)的第三輸入輸出I/O 口相連；電阻R9的另一端與第一電壓比較芯片(U2)的4腳和電阻R15的一端相連，電阻R15的另一端與二極管D6的正極相連，二極管D6的負(fù)極與第一電壓比較芯片(U2)的2腳、電阻R16的一端及電阻R17的一端相連，電阻R16的另一端連至+15V電壓，電阻R17的另一端與二極管D7的正極及二極管D8的負(fù)極相連，該連接點(diǎn)(S2)與單片機(jī)模塊(I)的第三輸入輸出I/O 口相連；電阻R14的另一端與第一電壓比較芯片(U2)的8腳和電阻RlO的一端相連，電阻RlO的另一端與二極管D9的正極相連，二極管D9的負(fù)極與第一電壓比較芯片(U2)的14腳、電阻R18的一端及電阻R19的一端相連，電阻R18的另一端連至+15V電壓，電阻R19的另一端與二極管DlO的正極及二極管Dll的負(fù)極相連，該連接點(diǎn)(S3)與單片機(jī)模塊(I)的第三輸入輸出I/O 口相連；第一電壓比較芯片(U2)的3、12腳分別連至+15V、-15V電壓； 上述的余弦信號(hào)區(qū)間判別電路包括第二運(yùn)算放大芯片(Ul ')、第二電壓比較芯片(U2 ;)及相應(yīng)的外圍元件；第二運(yùn)算放大芯片(Ul ')的2腳與電阻Rl'、電阻R2'和電阻RlOl'的一端共連，第二運(yùn)算放大芯片(Ul ')的3腳與電阻R3'的一端相連，電阻R3;的另一端與電容Cl'的一端相連并接地，電容Cl'的另一端與電阻的另一端相連，該連接點(diǎn)為余弦信號(hào)區(qū)間判別電路的信號(hào)輸入端；電阻RlOl丨的另一端連接直流偏置電壓VB，電阻R2'另一端與第二運(yùn)算放大芯片(Ul ')的I腳以及二極管Dl'的正極、二極管D2'的負(fù)極、電阻R7'的一端、電阻R14'和電阻R9'的一端共相連，第二運(yùn)算放大芯片(Ul ')的4、11腳分別連至+15V、-15V電壓，二極管Dl '的負(fù)極與電阻R8'的一端和直流電壓VCC相連，二極管D2 ^的正極和地相連，電阻R8 ^的另一端與電阻R12,的一端及第二電壓比較芯片(U2 ')的7腳相連，電阻R12 '的另一端與電阻RIP的一端及第二電壓比較芯片(U2')的5腳相連，電阻Rll '的另一端與電阻R13'的一端及第二電壓比較芯片(U2')的9腳相連，電阻R13 '的另一端和地相連，電阻R7 '的另一端與第二電壓比較芯片(U2')的6腳和電阻R4'的一端相連，電阻R4'的另一端與二極管D3'的正極相連，二極管D3'的負(fù)極與第二電壓比較芯片(U2 ')的I腳、電阻R5'的一端及電阻R6'的一端相連，電阻R5'的另一端連至+15V電壓，電阻R6'的另一端與二極管D5'的正極及二極管D4 '的負(fù)極相連，該連接點(diǎn)(SI ')與單片機(jī)模塊(I)的第四輸入輸出I/O口相連；電阻R9'的另一端與第二電壓比較芯片(U2 ')的4腳和電阻R15'的一端相連，電阻R15'的另一端與二極管D6'的正極相連，二極管D6'的負(fù)極與第二電壓比較芯片(U2,)的2腳、電阻R16'的一端及電阻R17'的一端相連，電阻R16'的另一端連至+15V電壓，電阻R17'的另一端與二極 管D7'的正極及二極管D8'的負(fù)極相連，該連接點(diǎn)(S2丨)與單片機(jī)模塊(I)的第四輸入輸出I/O 口相連；電阻R14丨的另一端與第二電壓比較芯片(U2,)的8腳和電阻RlO'的一端相連，電阻RlO'的另一端與二極管D9'的正極相連，二極管D9'的負(fù)極與第二電壓比較芯片(U2 ')的14腳、電阻R18'的一端及電阻R19 ’的一端相連，電阻R18 ’的另一端連至+15V電壓，電阻R19 ’的另一端與二極管DlO'的正極及二極管Dll'的負(fù)極相連，該連接點(diǎn)(S3 ')與單片機(jī)模塊(I)的第四輸入輸出I/O 口相連；第二電壓比較芯片(U2 ’ )的3、12腳分別連至+15￥、-15￥電壓。
全文摘要
本發(fā)明的正交正、余弦軸角編碼器信號(hào)檢測(cè)和轉(zhuǎn)換電路包括單片機(jī)模塊、區(qū)間判別電路和編碼器。該電路能夠?qū)⒕幋a器輸出的正交正、余弦波軸角信號(hào)值轉(zhuǎn)換為可以用于計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速、位置的脈沖列信號(hào)。單片機(jī)模塊根據(jù)編碼器的信號(hào)幅值和區(qū)間判別電路輸出的信號(hào)，計(jì)算角度值，如果計(jì)算出來(lái)的角度值位于方波脈沖信號(hào)周期前半部分，則輸出高電平，相反位于后半周期則輸出低電平，從而形成和正、余弦信號(hào)相對(duì)應(yīng)的正交脈沖列。角度的計(jì)算采用在誤差允許范圍內(nèi)的直線線性函數(shù)近似法計(jì)算。本電路適用于伺服系統(tǒng)的電機(jī)運(yùn)行速度和位置信息反饋和采集，具有占用的計(jì)算資源少，硬件成本低，檢測(cè)和轉(zhuǎn)換速度快、精度高的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01D5/244GK102636194SQ201210122979
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月24日
發(fā)明者沈建新, 紀(jì)科輝 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)